输送胶带在启动时出现“行波”的原因分析与对策

摘 要： 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司输煤系统新增圆管带式输送机（下称管带机）在试运启动时，尾部回程段处胶带出现“行波”现象，之后胶带被拉直恢复正常运行状态。这严重影响了管带机机架、托辊、胶带的使用寿命，降低了设备可靠性，系统存在很大的安全隐患。为此，对胶带启动时尾部回程段出现的“行波”现象进行了认真分析、计算，找出了问题产生的根本原因，并进行了相应的调整，消除了“行波”现象，提高了设备可靠性。

关键词：管带机 松弛 行波 偶合器

Processing and analysis the Reason for Producing the "Traveling wave" phenomenon of conveyor belt when beginning the boot process

Xingsuobin

（Inner Monglia Datang International Tuoketuo Power Generation Co.Ltd.，Tuoketuo010206，China）

Abstract： When starting trial operation， Inner Mongolia Datang International Tuoketuo Power Generation Co. Ltd. ‘s coal handling system which equipped with new pipe band type conveyor （hereinafter referred to as duct tape machine） “slack” at the return trip of the tail， and the belt is pulled straight to resume normal operation later. The working life of the machine frame of duct tape machine， roller and belt are affected seriously. And the reliability of the equipment is reduced， therefore there is a big security risk of the system. For this reason， a thorough analysis of the "slack" phenomenon at the return trip of the tail is done to find out the primary cause. And the corresponding experiments and adjustments are carried out to eliminate the "slack" phenomenon and improve the reliability of the equipment.

Keywords： pipe belt conveyor; relaxation ; traveling wave; hydraulic couplers

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）11-0312-02

引言

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司以下简称（托电公司）一三期工程装机为8×600MW亚临界参数燃煤发电机组。

新增输煤管带机输送物料为原煤，水平距离约1100m，爬高约51m，输送量1500t/h，管径500，速度3.5m/s。采用头部4台电机驱动，双辊双驱，每台电机功率为355KW，四台电机启动顺序为④-2秒-③-2秒-②-1秒-①;电机与减速器之间采用限矩型液力偶合器连接。

一、实际运行情况

托电公司新增输煤管带机胶带在空载启动后9s，尾部回程出现胶带严重松弛现象，持续时间约3s;负载启动后12s，尾部回程也出现了胶带严重松弛现象， 持续时间约3s。

当胶带松弛而下垂后约3s，下垂的胶带被尾部滚筒带走，在全部下垂量消失的一瞬间，胶带会发出“纭钡囊簧，瞬间被拉直后进入正常的运行状态。管带机启动，特别是负载启动时，产生极大的惯性力，启动时间越短，储存的能量就越大，该能量以应力波形式在输送带中传播，使胶带出现松弛现象，如下图一所示。

胶带松弛示意图一

二、问题分析

1.对“行波”的描述

在起动前，输送带处于被拉紧的状态。滚筒刚开始旋转时，输送带中紧边的张力在增加，松边的张力在减小（特别是在启动瞬间，张力剧烈变化），这两个变化都以波的形式沿输送带传播。随着驱动滚筒继续转动，振荡波继续传播，由于输送带中较大的张力，拉紧装置会有明显的伸长。高张力波继续传播，拉紧装置继续伸长或放绳，松、紧边张力波相遇，造成剧烈振荡，相当于拉紧的弹簧突然释放一样。

中长距离、长距离胶带输送胶带出现“行波”是比较常见现象。只是因为普通胶带“行波”可以平均分配到整条胶带，所以不会出现明显的胶带松弛下垂现象;而管带机由于中部包成管状，刚性强，所以“行波”只能平均分配到头、尾展开段，本项目由于头部张力大，所以“行波”集中体现在尾部低张力区，胶带会出现明显的下垂现象。

2.“行波”产生的原因

2.1电机的启动转矩在所有因素中影响最大：由于启动时间短，过大的启动转矩造成管带机产生很大的动载，使启动过程有较大的加速度和加速度突变，前者产生大的惯性力，后者对管带机有强烈的冲击作用。

2.2软启动平衡、同步问题：本项目采用液力偶合器，只有当偶合器与电机的联合特性曲线适当，使电机处于稳定工作区域时，才能使电机的启动处于无负荷或小负荷状态，改善启动性能;也就是说，偶合器油量调整不当，无法发挥软启功能。

2.3张紧问题：剧烈的扭矩变化导致张紧滚筒快速下落，由于胶带是弹性体，所以胶带向下运行后快速向上弹起，造成回程侧尾部胶带张力消失，胶带松弛;同时由于回程侧的胶带为下运状态，所以回程侧胶带速度短时间超过承载侧胶带速度并冲入尾部。

2.4管带机结构：管带机中间段为管状，刚性大，只有头尾段处于展开状态。特别是尾部处于低张力区，输送带在尾部容易产生折叠。

2.5管带机尾部采用全密封导料槽，长约12米，该种导料槽阻力比普通导料槽较大，特别是内侧左右两条尼龙压板，紧密的压在胶带上表面，对应力波传递影响较大，不利于“行波”消除。

为了将振荡减少到最小程度，最理想的方式是采用变频驱动，实现软起动。否则，就要通过采取一系列调整，增加启动时间，降低启动加速度;同时，加快张力波的传递速度。

三、理论计算

1.根据惯性矩计算启动时间及启动加速度

a）空载启动时间

ta=ΣGDM2・Nm/375・（Ta-Tr）

=730.91×1，470/375×（1411.2-342.1）

=2.68 s

b）空载启动加速度

a=V/ta

=3.6/2.68

=1.34m/s2

c）满载启动时间

ta=ΣGDM2・Nm/375・（Ta满-Tr满）

=1002.95×1，470/375・（1411.2-670.6）

=5.31s

d）满载加速度

a=V/ta

=3.6/5.31

=0.678m/s2

其中：ΣGDM2：系统等效质量 kgf・m2

Nm：电机实际转速 r/min

Ta：电机转矩 kgf・m

Tr：阻力矩 kgf・m

2.根据张力传播速度计算最短启动时间及启动加速度

a）空载时

1）张力传播速度

V F={E G・g/G B m}1/2

={27，122，417 ×g/75} 1/2

=1883.18 m/s

2）张力传播时间

t =L/ V F

=2148/1883.18 =1.14s

b）满载时

1）张力传播速度

V F={E G・g/（G B m+GG m）}1/2

={27，122，417 ×g/（75+115）} 1/2

=1183.2m/s

2）张力传播时间

t=L/V F

=2148/1183.2 =1.815s

E G：胶带的杨氏模量。G B m：物料质量。GG m：胶带质量。

根据理论研究，胶带机的启动时间≥5倍张力传播时间。所以，空载时启动时间必须≥5*1.14=5.7 s，满载时启动时间必须≥5*1.815=9.075s。

结论：由惯性矩计算出的空载启动时间2.68<5.7;满载启动时间5.31<9.075。所以系统的启动性能不能满足要求，必须采用软启，在本项目中就是必须调整液力偶合器的特性曲线，使空载启动时间≥5.7 s，满载启动时间≥9.075 s

四、调整方案

1.液力偶合器充油量的调整

液力偶合器的主要作用是实现柔性启动和过载保护。本项目在满足负载要求的前提下，尽可能降低液力偶合器的“硬度”。

1.1负载时电机消耗的功率

根据图二可知，负载时，每台电机的电流约为25A，所以，负载时电机消耗的功率为：P=31/2*I*V*COSΦ*η=1.7321*25*6*0.9*0.92=215KW。

取30%的裕量，也就是说，实际运行时电机功率为1.3*215=279.5KW完全满足要求。

1.2根据系统实际需要的电机功率确定液力偶合器的充油量。

根据图三，电机功率为279.5KW时，对应的加油量约为53%。

1.3首先将四台驱动系统的液力偶合器加油量调整到53%，然后根据运行电流再精确调整，确保同轴的两台电机输出电流差不超过2A;4台电机输出电流差不超过3.5A。

负载运行中电机电流图二

液力偶合器充油量与电机功率对应图三

2.重锤调整

由于管带机中部包成圆管状，胶带运行阻力较大，重锤的张紧力不易传递到尾部;同时张力波的传播速度也受到影响。查阅安装时张紧重锤的重量（由于胶带使用一段时间后张力发生变化，一般重锤重量根据运行情况需进行调整），通过计算将张紧重锤增加约15～20%（约3吨），，加大张紧力。减少尾部过渡段回程侧胶带松弛量，同时，使胶带更容易进入特殊导料槽中。

3.导料槽调整

将导料槽内侧左右两条尼龙压板取消，只保留挡煤皮，加快张力波传递速度，可以减小必须的启动时间。

五、结论

通过以上的计算、分析与调整，使管带机空载和负载时4台电机功率达到平衡，同轴的两台电机输出电流差不超过2A;4台电机输出电流差不超过3.5A。管带机胶带稳定运行，启动过程中尾部胶带的下垂量空载时不超过30mm，负载时不超过45mm。不仅延长了支架、托辊、胶带的使用寿命，消除了安全隐患，减少了检修工作量，还大大提高了管带机系统的可靠性，保证了机组的燃煤需求。

参考文献

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[2]王鹰，杜群贵，韩刚，韩刚华;环保型连续输送设备――圆管状带式输送机[J]; 机械工程学报;2003年01期

[3]郭永存.《液力偶合器充油量对电机功率配比的影响》.淮南矿业学院硕士论文.1995.4

[4]邹铁汉.限距型与调速型液力偶合器在带式输送机中的应用[J];起重运输机械，2002，（6）

作者简介：邢锁斌（1984-），男（汉族），工程师，大学本科，长期从事输煤点检及技术管理工作。